3.1热力学第一定律综合训练（word版含答案）

3.1热力学第一定律
一、选择题（共13题）
1．下列说法正确的是( )
A．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映
B．知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数
C．内能不同的物体,它们分子热运动的平均动能可能相同
D．分子间的引力总是随着分子间的距离增加而增加
2．如图所示，在一个配有活塞的厚壁有机玻璃筒底放置一小团硝化棉，迅速向下压活塞，筒内气体被压缩后可点燃硝化棉．在筒内封闭的气体被活塞压缩的过程中(　　)
A．气体对外界做正功，气体内能增加
B．外界对气体做正功，气体内能增加
C．气体的温度升高，压强不变
D．气体的体积减小，压强不变
3．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成．开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示．在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体(　　)
A．对外做正功，分子的平均动能减小
B．对外做正功，内能增大
C．对外做负功，分子的平均动能增大
D．对外做负功，内能减小
4．下列说法正确的是（ ）
A．悬浮在空气中的PM2.5颗粒的运动是分子热运动
B．一定质量的晶体在熔化过程中，其内能保持不变，分子势能增大
C．由于液体表面层分子间平均距离大于液体内部分子间平均距离，液体表面存在张力
D．在温度不变的条件下，增大饱和汽的体积，最终会减少饱和汽的压强
5．如图甲，竖直放置导热性能良好的密闭矩形容器中，一活塞上下各封闭一定质量的理想气体A和B，它们的温度相同，活塞重力不可忽略并可在密闭容器中无摩擦滑动，此时活塞处于静止状态，理想气体A和B在体积不变下的图像如图乙所示，则以下说法正确的是（　　）
A．图乙中图线Ⅰ表示在体积不变下的理想气体A的图像
B．封闭的理想气体A的体积一定大于理想气体B的体积
C．若环境温度升高，活塞一定向上移动
D．若环境温度升高，理想气体B一定释放热量
6．下列说法正确的是（　　）
A．单晶体有确定的熔点，而多晶体没有确定的熔点
B．理想气体等压膨胀时一定吸收热量
C．布朗运动是分子热运动，而扩散现象不是分子热运动
D．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面分子引力小于分子斥力
7．如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体，下列说法正确的是（　　）
A．过程①中气体的压强逐渐减小
B．过程②中气体对外界做负功
C．过程④中气体从外界吸收了热量
D．状态c、d的内能相等
8．如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞．用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开．管塞被冲开前（　　）
A．外界对管内气体做功，气体内能增大
B．管内气体对外界做功，气体内能减小
C．管内气体内能不变，压强变大
D．管内气体内能增加，压强变大
9．一定质量的理想气体自状态A经状态B变化到状态C，这一过程在V-T图中表示如图所示，则下述结论错误的是 （　　）
A．在过程AB中，气体压强不断变大 B．在过程BC中，气体密度不断变大
C．在过程AB中，气体对外界做功 D．在过程BC中，外界对气体做功
10．一定质量的理想气体按的顺序经历一系列状态变化，其图像如图所示。图中线段与纵轴平行，线段与纵轴垂直。气体在状态变化过程中下列叙述正确的是（　　）
A．过程气体体积增加
B．过程气体不放热也不吸热
C．过程气体分子在单位时间内撞击单位面积容器壁的次数增加
D．过程气体对外界做的功小于过程外界对气体做的功
11．有一种在超市中常见的“强力吸盘挂钩”如图甲所示。图乙、图丙是其工作原理示意图。使用时，按住锁扣把吸盘紧压在墙上（如图乙），然后把锁扣扳下（如图丙），让锁扣以盘盖为依托把吸盘向外拉出，使吸盘牢牢地被固定在墙壁上，若吸盘内气体可视为理想气体，且温度始终保持不变。则此过程中（　　）
A．吸盘内气体要吸收热量 B．吸盘内气体分子的密度增大
C．吸盘被向外拉出过程中，吸盘内气体不对外界做功 D．吸盘内气体压强增大
12．一定质量的理想气体，从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p—V图像如图所示。已知状态A时气体的温度为27℃，下列说法正确的是（　　）
A．气体在状态B时的温度为81℃
B．从状态A变化到状态B的过程中气体吸收热量
C．从状态B变化到状态C的过程中气体内能减小
D．从状态A变化到状态B的过程中气体对外界做正功，从状态B变化到状态C的过程中气体对外界做负功
13．如图所示，一定质量的理想气体，由状态A沿直线AB过程变化到状态B，再由B沿直线BC过程变化到状态C，然后由C沿直线CA过程变化到状态A，在此循环过程中，下列说法正确的是（　　）
A．在AB过程中，气体分子的平均速率不变
B．在AB过程中，气体对外做的功大于气体吸收的热量
C．在BC过程中，气体的内能减小
D．经过ABCA一个循环过程，气体对外做的功等于从外界吸收的热量
二、填空题
14．如图所示，用带孔橡皮塞把塑料瓶口塞住，向瓶内迅速打气，在瓶塞弹出前，外界对气体做功15J，橡皮塞的质量为20g，橡皮塞被弹出的速度为10m/s，若橡皮塞增加的动能占气体对外做功的10%，瓶内的气体可视为理想气体。则瓶内气体的内能变化量为________J，瓶内气体的温度________（选填“升高”“不变”或“降低”）。
15．2021年12月26日，航天员身着我国新一代“飞天”舱外航天服成功出舱。太空舱专门做了一个“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，舱A中充满理想气体，舱B内为真空，系统与外界没有热交换。打开阀门K后，A中的气体进入B中，在此过程中气体内能___________（选填“变大”、“变小”或“不变”），单位时间单位面积内气体分子撞击舱壁的次数___________（选填“增多”、“减少”或“不变”）。
16．如图所示，一定量的理想气体，从状态A开始，经图中AB、BC、CA三个过程后回到状态A。其中AB过程为等压变化，BC过程为等容变化，CA过程为等温变化，则________过程气体内能增加，________过程气体与外界交换的热量最大。
17．以下说法正确的是（　　）
A．布朗运动的剧烈程度与温度有关，所以布朗运动也叫做热运动
B．物体做加速运动时速度越来越大，物体内分子的平均动能也越来越大
C．在完全失重的情况下，熔化的金属能够收缩成标准的球形
D．在温度不变的情况下，减小液面上方饱和汽的体积时，饱和汽的压强增大
三、综合题
18．如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体．活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h,现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，活塞上升上h，此时气体的温为T1．已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与气缸的摩擦，求：
（1）气体的压强；
（2）加热过程中气体的内能增加量；
（3）现停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当添加砂粒的质量为m0时，活塞恰好回到原来的位置，求此时气体的温度．
19．如图所示的P-V图像记录了一定量的理想气体经历的缓慢变化过程A→B→C，其中AB段是体积保持不变的过程，BC段是绝热过程．已知该理想气体内能与温度的关系为U=CT，其中C=10 J/K，A点的热力学温度为TA = 450K．试求B→C过程中外界对气体所做的功．
20．如图所示，上端带有卡口的横截面积为S、高为L的导热性能良好的气缸中用一光滑的活塞B封闭着一定质量的理想气体A，气缸底部与U形水银气压计（U形管内气体体积忽略不计）相连，已知气体内能U与热力学温度T的关系为，其中为已知常数，活塞B的质量为m，重力加连度为g，大气压强为，水银的密度为，环境热力学温度为时，活塞离缸底的距离为。求：
（1）环境温度为时，U形气压计两侧水银面的高度差；
（2）环境温度由缓慢升高至过程中，气体吸收的热量。
21．如图所示，质量为m，横截面积为S的活塞能沿容器壁无摩擦滑动，活塞和气缸是绝热的．活塞在气缸内密封了温度为T0的气体，此时活塞与容器底的距离为h，通过气缸内的电阻丝给气体加热到温度为T的过程中电阻丝放热Q．已知外界大气压恒为P0，
求（1）此过程中活塞移动的距离；
（2）此过程中密闭气体的内能增加了多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动，是液体分子无规则运动的反映，选项A错误；知道某物质的摩尔质量和一个分子的质量可求出阿伏加德罗常数，或者知道某物质的摩尔体积、密度和一个分子的质量可求出阿伏加德罗常数，选项B错误；物体的内能与物质的摩尔数、温度和体积等都有关系，则内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同，选项C正确；分子间的引力总是随着分子间的距离增加而减小，选项D错误；故选C.
2．B
【详解】
压缩玻璃筒内的空气，气体的压强变大，机械能转化为筒内空气的内能，空气的内能增加，温度升高，当达到棉花的燃点后，棉花会燃烧，即外界对气体做正功，气体内能增加，故B正确，ACD错误．
3．A
【详解】
密闭于气缸内的压缩气体膨胀对外做正功，即外界对气体做负功，因而W＜0，缸内气体与外界无热交换说明Q=0，忽略气体分子间相互作用，说明内能是所有分子动能的总和．根据热力学第一定律△U=W+Q，可知内能增加量△U＜0，故内能减小，分子平均动能减小，温度降低．所以只有A正确；
故选A．
4．C
【详解】
A．PM2.5是指空气中直径小于等于2.5微米的固体颗粒物，因此它的运动不属于分子热运动，选项A错误；
B．一定质量的晶体在熔化过程中，温度不变，分子的平均动能不变，但溶化过程要吸热，所以内能增大，选项B错误；
C．由于液体表面层分子间平均距离大于液体内部分子间平均距离，分子力体现为引力，液体表面存在张力，选项C正确；
D．饱和汽压只与温度有关，选项D错误。
故选C。
5．C
【详解】
A．活塞处于平衡状态时，由
可知，相同温度下理想气体B的压强大于理想气体A的压强，即题图乙中图线Ⅰ表示等容下理想气体B的图像，A错误；
B．根据理想气体状态方程
可知斜率
因为题设中理想气体A和B可能是不同的气体，C的值可能不同，因此无法判断理想气体A和B的体积大小，B错误；
C．使外界温度升高，由图像可知，理想气体A和B的压强变化量
所以活塞一定向上移动，C正确；
D．根据热力学第一定律
可知温度升高
理想气体B对外做功
解得
即封闭的理想气体B一定吸收热量，D错误。
故选C。
6．B
【详解】
A．单晶体和多晶体都有固定的熔点，A错误；
B．理想气体等压膨胀时温度一定升高，且气体对外做功，气体一定吸收热量，B正确；
C．扩散现象是分子的热运动，C错误；
D．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面分子引力大于分子斥力，D错误。
故选B。
7．D
【详解】
A．过程①中气体作等容变化，温度升高，根据查理定律知气体的压强逐渐增大，故A错误；
B．过程②中气体的体积增大，气体对外界做正功，故B错误；
C．过程④中气体作等容变化，气体不做功，温度降低，气体的内能减少，根据热力学第一定律△U=W+Q知气体向外界放出了热量，故C错误；
D．状态c、d的温度相等，根据一定质量的理想气体的内能只跟温度有关，可知状态c、d的内能相等，故D正确。
故选D。
8．D
【详解】
克服绳与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增加，温度升高，由于热传递使得乙醚的温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开，管塞被冲开前管内气体内能增加，压强变大。
故选D。
9．C
【详解】
C．在过程AB中，为等容变化，气体对外界做功为零，C错误；
A．根据理想气体状态方程，体积不变，温度升高过程中压强增大，A正确；
D．在过程BC中，温度不变，体积减小，外界对气体做功，D正确；
B．一定质量的气体，体积减小，密度增大，B正确。
故选C。
10．D
【详解】
AB．过程由图可知为等温变化，气体内能不变，根据玻意耳定律可知，当压强p增大时，体积V减小，可知外界对气体做功，根据热力学第一定律,由于内能不变，可知过程气体放出热量，故AB错误；
C．由图可知为等容变化，为等压变化，过程中气体温度升高，根据盖—吕萨克定律可知体积变大，由于压强不变，温度升高，气体分子平均速率增大，则气体分子在单位时间内撞击单位面积容器壁的次数减少，故C错误；
D．由于a、c两个状态体积相同，则过程气体体积的变化量与过程气体体积的变化量相同，而过程气体压强不变，过程气体压强增大，根据可知，过程气体对外界做的功小于过程外界对气体做的功，故D正确。
故选D。
11．A
【详解】
AC．吸盘内气体体积增大，气体对外做功，W<0，由于气体温度不变，气体内能不变， U=0，由热力学第一定律
U=W+Q
可知
Q= U W>0
吸盘内气体要吸收热量，A正确，C错误；
B．吸盘内气体分子数不变，而气体体积变大，则吸盘内气体分子的密度减小，B错误；
D．吸盘内气体温度不变而体积变大，由玻意耳定律PV=C可知，吸盘内气体压强减小，D错误。
故选A。
故选ACE。
12．BC
【详解】
A．由图示图象可知，A→B过程有
代入数据解得
TB=900K=627℃
故A错误；
B．从状态A变化到状态B过程理想气体内能增大，对外做功，由热力学第一定律，一定是吸热，故B正确；
C．从状态B变化到状态C的过程中，气体温度降低，内能减小，故C正确；
D．从状态B变化到状态C的过程中气体体积不变，对外不做功，故D错误。
故选BC。
13．CD
【详解】
A．根据理想气体状态方程
可知，T与PV成正比，气体由状态A沿直线变化到状态B，由图可知，PV先增大后减小，在温度T先升高后降低，则分子平均动能先增大后减小，气体分子的平均速率先增大后减小，故A错误；
B．根据理想气体状态方程得
得
所以由状态A到状态B，温度不变，内能不增加，即
从A到B体积变大，气体对外界做功，即
根据热力学第一定律
可得
知在AB过程中，气体对外做的功等于气体吸收的热量，故B错误；
C．根据理想气体状态方程得
得
可知在BC过程中，气体温度降低，则气体的内能减小，故C正确；
D．经过ABCA一个循环，气体温度不变，内能不变，根据热力学第一定律
知气体对外做功等于从外界吸收的热量，故D正确。
故选CD。
14． 5 升高
【详解】
由题意可知，气体对外做功
由题意可知，向瓶内迅速打气，在整个过程中，气体与外界没有热交换，即
Q=0
则气体内能的变化量
气体内能增加，温度升高。
15． 不变 减少
【详解】
气体自由膨胀，没有对外做功，同时没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体内能不变。
根据
可知，当T不变、V增大时，p减小，故气体分子单位时间对舱壁单位面积碰撞的次数将减少。
16． AB AB
【详解】
AB过程为等压变化，体积增大，由
可知，AB过程温度升高，气体内能增加； BC过程为等容变化，压强减小温度降低，内能减小；CA过程为等温变化，内能不变。
BC过程为等容变化，压强减小，温度降低，气体内能减少；CA过程为等温变化，体积减少，外界对气体做功；AB过程为等压变化，体积膨胀气体对外界做功，气体温度升高；根据P v图象的物理意义，图象和坐标轴围成的面积表示气体对外做功，故AB过程做功大于CA过程做功，又AB过程气体升高的温度与BC过程气体降低的温度相同，故AB过程气体与外界交换的热量最大。
17．C
【详解】
A、热运动是分子无规则的运动，而布朗运动并不是分子运动，所以尽管布朗运动的激烈程度跟温度有关，但不能把布朗运动叫做热运动．故A错误；
B项：温度是分子平均动能的标志，与物体的运动状态无关，故B错误；
C项：在完全失重的情况下，就只剩下表面张力了，会尽量把融化的金属变成球形，C正确；
D项：饱和汽的压强只与温度有关，故D错误．
18．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）取活塞为研究对象，由受力平衡得
（2）气体对外做功，由热力学第一定律得
解得
（3）设活塞回到原位置时，气体的温度为T2，则由气态方程
，，
解得
19．1110J；
【详解】
A→B过程为等容变化，由气体实验定律：
得：TB = 189K
等容过程没有做功，由热力学第一定律，此过程放热
Q = C(TA - TB) = 2610J
对A、C两状态由理想气体状态方程
得：TC = 300K
B→C过程无热传递，A→B过程无做功，对A→B→C全过程由热力学第一定律
C(TC - TA) = W - Q
可得B→C过程外界对气体做功W = 1110J
20．（1）；（2）
【详解】
（1）设稳定后汽缸内气体的压强为，对活塞，根据平衡条件得
对水银柱，有
解得
（2）缓慢升高环境温度，活塞B上升，气体发生等压变化，U形导管内侧水银面的高度差不变，设活塞B刚好到达容器口时，温度为，由盖—吕萨克定律得
解得
之后，气体温度由升高到，气体发生等容变化。整个过程中，外界对气体做的功
由热力学第一定律得
解得
21．（1）（2）
【详解】
试题分析：（1）取密闭气体为研究对象，活塞上升d过程为等压变化，由盖-吕萨克定律有
解得：
（2）活塞上升的过程，密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功，所以外界对系统做的功W=-（mg+P0S）d 根据热力学第一定律得:
密闭气体增加的内能
答案第1页，共2页